Dans une présentation Best-in-Physics au Assemblée annuelle de l'AAPM, Sihao Chen a décrit comment une seule IRM peut être utilisée pour la gestion des mouvements pendant la radiothérapie guidée par IRM
courbe respiratoire in vivo (a). Les données des 200 premiers rayons (marqués en rouge) ont été utilisées pour les reconstructions IRM à balayage court : en utilisant MCNUFFT sans correction de mouvement (b) et en utilisant MOTIF avec P2P (c). La reconstruction utilisant MOTIF avec MCNUFFT à partir d'une IRM à balayage régulier (2000 rayons) sert de référence (d). (Avec l'aimable autorisation de Sihao Chen)" largeur = "635" hauteur = "347">
Les mouvements respiratoires peuvent avoir un impact sur l'efficacité et la sécurité de la radiothérapie dans le thorax et l'abdomen. Pour les traitements utilisant un linac guidé par IRM, l'IRM 4D à respiration libre est une alternative prometteuse à la TDM 4D pour la gestion des mouvements, offrant un excellent contraste des tissus mous sans rayonnement ionisant. Des images IRM de haute qualité exemptes d'artefacts de mouvement sont nécessaires pour délimiter les lésions des tissus normaux. Actuellement, cependant, les approches basées sur la RM nécessitent plusieurs balayages avec des temps de balayage substantiels.
Pour répondre à ces besoins, Sihao Chen, Hongyu An et des collègues de l'Université de Washington à St. Louis développent un moyen d'utiliser une seule IRM pour la détection de mouvement, la 4D-MRI résolue en mouvement et la reconstruction 3D-MRI intégrée au mouvement. S'exprimant lors de la réunion annuelle de l'AAPM de la semaine dernière, Chen a montré que cela était possible avec un temps d'acquisition inférieur à une minute, en utilisant une méthode d'IRM à navigation autonome avec reconstruction d'image basée sur l'apprentissage en profondeur.
La technique en trois étapes commence par une séquence de détection de mouvements respiratoires à navigation autonome appelée CAPTURE, qui est une variante de la séquence d'IRM à pile d'étoiles. Les chercheurs ont implémenté CAPTURE sur le 0.35 T VoirRay linac guidé par IRM et évalué leur technique proposée en imageant un fantôme de mouvement respiratoire et 12 volontaires sains. Ils ont effectué des examens IRM réguliers à l'aide de 2000 rayons radiaux, avec un temps d'acquisition de 5 à 7 min. Ils ont évalué le balayage complet (2000 10 rayons radiaux), ainsi que les premiers 30 % des données, qui n'ont pris que 40 à XNUMX s.
Chen a partagé quelques exemples de courbes respiratoires détectées par CAPTURE, qui ont démontré la capacité de CAPTURE à détecter les mouvements respiratoires malgré des schémas respiratoires différents entre les sujets et lors d'examens individuels. Les spectres de fréquence correspondants identifiaient clairement les composantes de fréquence individuelles.
Ensuite, l'équipe a utilisé les signaux respiratoires mesurés pour créer des IRM 4D via trois techniques de reconstruction : transformée de Fourier rapide inverse non uniforme multi-bobines (MCNUFFT) ; détection compressée ; et la reconstruction Phase2Phase (P2P) basée sur l'apprentissage en profondeur.
Dans une étude sur fantôme de mouvement, l'équipe a reconstruit des images 4D-MR en utilisant 5 min ou 30 s de données. La détection de mouvement CAPTURE a amélioré la visibilité des sphères intégrées dans le fantôme au niveau observé dans les images de vérité terrain. Dans l'IRM courte, la reconstruction P2P a restauré la netteté de l'image et réduit les artefacts de sous-échantillonnage par rapport à la ligne de base non corrigée.
Pour les scans des patients, les chercheurs ont utilisé les 200 premiers rayons pour la reconstruction par balayage court (30 s), observant que le P2P surpassait clairement les deux autres méthodes pour la reconstruction 4D-MRI. Ils ont ensuite utilisé des IRM 4D créées à partir des scans de 30 s et 5 min pour dériver les champs de vecteurs de mouvement. Chen a noté que la différence entre les deux était "modérée par rapport à la plage de mouvement globale".
Dans la dernière étape, ces champs de vecteurs de mouvement sont utilisés pour reconstruire des IRM 3D à l'aide d'un modèle de reconstruction intégrée de mouvement (MOTIF). Les images 3D-MR du fantôme ont démontré que le MOTIF réduisait les artefacts de mouvement et améliorait la qualité de l'image. Dans l'étude des patients, les images à balayage court (200 rayons) reconstruites par MOTIF présentaient un meilleur rapport signal sur bruit et moins d'artefacts de mouvement que la ligne de base non corrigée, et présentaient une "qualité d'image modeste" par rapport aux images à balayage régulier (2000 rayons) reconstruit par MOTIF.
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L'équipe a également effectué un examen radiologique en aveugle des 12 sujets. Les images reconstruites par MOTIF à l'aide de l'ensemble des données ont obtenu plus de 8 points sur 10 lorsqu'elles ont été évaluées pour la netteté, le contraste et l'absence d'artefacts. "Pour les scans courts, MOTIF avec P2P a reçu une note d'examen relativement satisfaisante de 5/10, alors qu'aucune correction de mouvement n'a obtenu moins de 3/10", a déclaré Chen.
Chen a conclu qu'un seul balayage IRM rapide, utilisé avec CAPTURE, P2P et MOTIF, peut générer des images 4D-MR de haute qualité pour la détermination de la plage de mouvement des lésions et des images 3D-MR pour la délimitation des lésions sur un linac guidé par IRM à faible champ.
